(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄鉱石と炭材とを含む焼結原料を焼結して得られる焼結鉱であって、
前記焼結鉱の基質単位面積当たりの基質周囲長をＸとし、焼結鉱に含まれるカルシウムフェライトの質量％をＹとしたとき、式（１）で表されるパラメータＺが１．８以上となることを特徴とする焼結鉱。
Ｚ＝１／Ｘ＋Ｙ／１００                  ・・・（１）
ただし、
Ｘ＝Ｌ／Ｓ≦０．７４（ｍｍ／ｍｍ２）
Ｌ：焼結鉱の断面における基質周囲長（ｍｍ）
Ｓ：焼結鉱の断面積（ｍｍ２）
Ｙ≧４（質量％）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、脱りん処理時に用いられる脱りん剤としても用いることができる焼結鉱に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、高炉原料として、採掘された鉄鉱石だけでなく、粉鉱を焼成・焼結して得られる焼結鉱が用いられている。焼結鉱は、高炉で用いられるのが一般的であるが、高炉で使用するためには高い落下強度が求められる。これは、強度が低い場合、焼結鉱製造後の搬送や貯鉱時、あるいは高炉装入時に粉化し、高炉内の通気性を悪化させ安定操業を阻害する要因となるためである。
【０００３】
焼結鉱の製造方法に関する技術は様々なものが開発されており、例えば、特許文献１〜５に示すものがある。
特許文献１は、焼結鉱（焼結体）の強度の評価方法の技術であり、評価対象とする焼結体を樹脂、パラフィン、またはセメントを接着剤として固めた後研磨し、その研磨面を観察して得られる断面組織像をグレイレベルあるいは反射輝度レベルによって空隙と固体部に分離し、空隙については面積率（ε）及び／または円相当径（ｄε）を、固体部については円相当径（ｄｓ）、及び／または（周長）２／面積、すなわち（Ｌ２／Ｓ）を求め、これら四つの指数の中から空隙及び固体部について、それぞれ少なくとも一つづつ、合計二つ以上の指数を用いて焼結度の評価を行っている。
【０００４】
特許文献２も焼結鉱の評価に関するものであって、ＣＴスキャナーで撮像して得られた焼結体の任意の横断面画像より構成画素毎のＣＴ値レベルで区分した画像を合成し、該画像の面積および周囲長を求めたのち、所定の式にて焼結鉱の製造歩留を測定している。特許文献３も特許文献１及び特許文献２と同様に、焼結鉱の評価方法の技術である。
その他、特許文献４は、焼結鉱の製造に関する技術であり、鉄鉱石の焼結鉱を製造するにあたり、焼結原料の配合割合と造粒時の水分量とから造粒後の擬似粒径を算出し、この擬似粒径から焼結時の最高温度を算出し、この最高温度と焼結時の空隙減少量との関係から焼結後の空隙率を予測し、該空隙率、焼結鉱鉱物中のカルシウムフェライト相の面積率および一次ヘマタイトの面積率から焼結鉱の還元率を予測し、この還元率の予測値が目標値に近づくように焼結原料の配合割合および／または造粒時の水分量を調整して焼結鉱を製造している。    
【０００５】
また、特許文献５も、焼結鉱の製造に関する技術であり、焼結原料銘柄配合比率、焼結原料銘柄化学成分、石灰石配合比率、粉コークス配合比率をもとにして、所定の実験式から焼結鉱中のカルシウムフェライト量、ヘマタイト量、マグネタイト量、スラグ量を算出し、これらの量から焼結鉱での鉱物構成比率を推定し、推定値が予め定められた目標値に一致するように焼結原料配合比率および焼結操業条件を制御して焼結鉱を製造している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平０６−２２８６６４号公報
【特許文献２】特公平０６−１０５２２９号公報
【特許文献３】特開平０７−０１１３４９号公報
【特許文献４】特開昭６２−１８８７３３号公報
【特許文献５】特開昭５８−１９７２２８号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】石川稔他「鉄と鋼」９１、２００５年、ｐ．５２８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１〜５は、焼結鉱に関する技術であり、いずれも、焼結鉱を製造したときの強度を規定するものである。これらの技術は、焼結鉱を高炉のみに供給することに着目してその強度を規定している。一方で、焼結鉱を高炉だけではなく他の工程に用いるという要
望があり、例えば、非特許文献１に示すように焼結鉱を脱りん処理の工程に用いることが行われている。しかしながら、従来のような特許文献１〜５に示した技術を用いて焼結鉱を製造したとしても、当該焼結鉱では脱りん効率が悪いのが実情である。
【０００９】
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたもので、高炉原料として十分な強度を有すると共に脱りん能にも優れる焼結鉱を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述の目的を達成するため、本発明においては以下の技術的手段を講じた。
本発明の焼結鉱は、鉄鉱石と炭材とを含む焼結原料を焼結して得られる焼結鉱であって、前記焼結鉱の基質単位面積当たりの基質周囲長をＸとし、焼結鉱に含まれるカルシウムフェライトの質量％をＹとしたとき、式（１）で表されるパラメータＺが１．８以上となることを特徴とする。
【００１１】
Ｚ＝１／Ｘ＋Ｙ／１００                  ・・・（１）
ただし、
Ｘ＝Ｌ／Ｓ≦０．７４（ｍｍ／ｍｍ２）
Ｌ：焼結鉱の断面における基質周囲長（ｍｍ）
Ｓ：焼結鉱の断面における断面積（ｍｍ２）
Ｙ≧４（質量％）
【発明の効果】
【００１２】
本発明の焼結鉱は、高強度で且つ脱りん能に優れていて、高炉の原料としてばかりか、転炉での脱りん処理に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】焼結機の全体図である。
【図２】焼結鉱の基質単位面積当たりの基質周囲長を説明するための図である。
【図３】パラメータＺと落下強度とに関する実施例及び比較例のプロット図である。
【図４】パラメータＺと到達脱りん濃度とに関する実施例及び比較例のプロット図である。
【図５】焼結鉱の基質単位面積当たりの基質周囲長Ｘとカルシウムフェライトの質量Ｙとに関する実施例及び比較例の結果のプロット図である。
【図６】カルシウムフェライトの質量割合Ｙと到達脱りん濃度とに関する実施例及び比較例のプロット図である。
【図７】焼結鉱の基質単位面積当たりの基質周囲長をＸと落下強度とに関する実施例及び比較例のプロット図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明に係る焼結鉱について、図をもとに説明する。
高炉にて使用される焼結鉱は、鉄鉱石と炭材とを含む焼結原料を焼結することで製造される（焼結工程）。焼結鉱を製造するには、まず、鉄鉱石、生石灰や硅石等の副原料および炭材（コークス）の混合物に水を添加して造粒し（混合造粒という）、例えば、図１に示すような焼結機で焼結して製造する。なお、本発明の焼結鉱は、図１に示した焼結機１で製造したものに限定されず、当業者が通常用いる焼結機であればどのようなものであってもよい。
【００１５】
図１に示す焼結機１では、混合造粒した焼結原料２をホッパー３に入れ、このホッパー３内の焼結原料２をパレット台車等の搬送装置４に供給する。そして、搬送装置４上に充填された焼結原料２を、当該搬送装置４の上方に設けたバーナなどの加熱装置５を用いて着火する。着火された焼結原料２は、上流側から下流側へ搬送されつつ搬送装置４の下方から空気を吸引することによって、焼結原料２の焼結が進行することになる。焼結工程では、焼結原料２はコークス（炭材）の燃焼発熱により部分的に融液が生成し、互いに溶融及び同化する焼結反応が進む。焼結反応が終了した充填層（以下、シンターケーキ）は、粉砕機による粉砕や篩い分けがなされ、最終的に焼結鉱となる。
【００１６】
さて、焼結工程にて焼結が不十分である場合、シンターケーキや製品後の焼結鉱は強度が弱く、焼結工程以降の製品処理工程や高炉に搬送する際に細粒化してしまう。焼結工程
以降において、シンターケーキや製品後の焼結鉱が細粒化してしまうと、高炉内の通気性が悪化し安定操業を阻害する要因となるために、高炉原料として使用できなくなることから、焼結工程では、細粒化しないシンターケーキが求められている。
【００１７】
即ち、このような焼結鉱の製造では、焼結機の供給された鉄鉱石、生石灰や硅石等の副原料および炭材（コークス）の全原料の総重量と、製品処理工程にて落下強度や回転強度を満たして最終的に焼結鉱成品となった焼結鉱の総重量との割合によって、焼結鉱の歩留が評価され、歩留が高いほど良い。このように、焼結鉱を製造するにあたっては、強度を十分に満たす焼結鉱を製造することが求められているものの、焼結鉱の強度を左右する因子が必ずしも明確になっていないのが実情である。
【００１８】
発明者らは、焼結鉱について様々な角度から検証を行い、その結果、焼結鉱の基質単位面積当たりの基質周囲長が一定以下であれば、高強度の焼結鉱を得られることを見いだした。
図２（ａ）に示すように、焼結鉱を断面視し、焼結鉱の断面積を「Ｓｍｍ２」とし、焼結鉱断面の周囲長（基質周囲長）を「Ｌｍｍ」としたとき、焼結鉱の基質単位面積当たりの基質周囲長Ｘ（ｍｍ／ｍｍ２）は、Ｘ＝Ｌ／Ｓで表すことができる。なお、実際の焼結鉱を断面視したとき、基質内には複数の気孔が存在するが、この閉気孔も断面積Ｓ内に算入するとする。
【００１９】
基質単位面積当たりの基質周囲長Ｘは、言い換えれば、焼結鉱の凸凹度を示しており、Ｘの値が小さい場合は、焼結鉱は凸凹しておらず、Ｘの値が大きい場合は、焼結鉱は凸凹していることになる。焼結鉱の強度は、生成した溶融量と密接に関係しており、基質単位面積当たりの基質周囲長Ｘが小さく、焼結鉱が凸凹していないということは、焼結時に焼結原料の多くが溶融して、原料同士が強固に溶融し同化が進行したと言える。なお、理論的に基質単位面積当たりの基質周囲長Ｘの理論限界値を考えてみると、焼結鉱の断面積Ｓが同じであれば、断面積Ｓが円であるときが最も値が小さく、円の場合は、理論限界値はＸ＝２／ｄとなる（ｄは焼結鉱の基質面積の直径）。ここで、実操業において高炉で用いる焼結鉱は最大でも１００ｍｍ程度であることから、例えば、高炉で用いる焼結鉱の大きさを１００ｍｍと考えたときは、基質単位面積当たりの基質周囲長Ｘの最小値は０．０４となる。
【００２０】
高炉として用いることができる焼結鉱の強度の管理基準値は種々設定されているが、例えば、「河西健一「第８回西山記念技術講座 製鉄の現状と将来」、１９７０年、ｐ．５７」によれば、落下強度（ＪＩＳ８７１１に基づく）は７７％以上とされている。落下強度と、基質単位面積当たりの基質周囲長Ｘとの関係を実験等により求めると、基質周囲長Ｘは、０．７４ｍｍ／ｍｍ２以下であることが必要である。一方、基質単位面積当たりの基質周囲長Ｘが０．７４ｍｍ／ｍｍ２よりも大きく、焼結鉱が凸凹していると、焼結時での溶融量が少なく強度が小さい。
【００２１】
このように、本発明では、「Ｘ＝Ｌ／Ｓ」で表される焼結鉱の基質単位面積当たりの基質周囲長Ｘが０．７４ｍｍ／ｍｍ２以下となる焼結鉱が必要であるとしている。なお、焼結鉱の基質単位面積当たりの基質周囲長Ｘを求めるにあたっては、図２（ｂ）に示すように、焼結鉱において、複数の断面をとり、各断面の周囲長を合計したものを基質周囲長Ｌｍｍとし、各断面の表面積を合計したものを焼結鉱の断面積をＳｍｍ２として、焼結鉱の基質単位面積当たりの基質周囲長Ｘを求めることが好ましい（Ｘ＝ΣＬ／ΣＳ）。焼結鉱の断面を知る手法としては、Ｘ線ＣＴ装置、SEMによる断面観察などが採用可能である。
【００２２】
さて、高炉で出銑された溶銑は、一般に、脱珪、脱りん、脱硫といった溶銑予備処理を施され、転炉にて脱炭処理が行われる。溶銑予備処理の脱りん工程では、生石灰や酸化鉄などを供給して滓化させ、滓化した脱りんスラグによって溶銑中のりんを除去することが行われている。この脱りん反応は次式の反応式で表される。
2[P]+5(FeO)+3(CaO)=(3CaO・P2O5)+5Fe(l)
ここで、[P]は溶銑中でのりん濃度、(FeO)、(CaO)、(3CaO・P2O5)は、それぞれスラグ中のFeO濃度、CaO濃度、3CaO・P2O5濃度である。上式からわかるように、脱りん反応を促進するには、スラグ中のCaO濃度を高める必要がある。そこで、脱りん工程において、生
石灰や酸化鉄との混合物を供給し、スラグ中にCaO源を供給する。しかしながら、この場合、生石灰や酸化鉄との混合物は各々高融点物質であり、滓化するのに時間がかかり、反応に寄与するスラグ中のCaO濃度を十分に高めることができず、脱りん能が低下する恐れがある。発明者らは、上述したように、高炉などで用いる焼結鉱に着目し、脱りん工程などの精錬剤として、より反応効率に優れる焼結鉱を得ることを考えた。
【００２３】
焼結鉱内には、鉄鉱石と石灰石とが溶融、同化して生成されたカルシウムフェライトが含有されており、このカルシウムフェライトはプリメルトされた状態であり、かつ、低融点組成物である。ここで、カルシウムフェライトを含む焼結鉱を脱りん工程における精錬剤として用いた場合、カルシウムフェライトは低融点組成物であるため、滓化が速やかに進行すると考えられる。すなわち、滓化性が良好であるために、スラグ中のCaO濃度を高めることができ、脱りん反応が促進されると考えられる。そこで、発明者らは、焼結鉱に含まれるカルシウムフェライトの質量割合を「Ｙ質量％」とし、上述した焼結鉱の基質単位面積当たりの基質周囲長Ｘを加えたパラメータＺを「Ｚ＝（１／Ｘ）＋（Ｙ／１００）」とし、高強度であり且つ脱りん能も優れた焼結鉱を見いだすこととした。
【００２４】
従来の技術では、焼結鉱の製造のみに着目していたため、焼結工程では高温で焼結して、ある程度、強度の高い焼結鉱を得られるようにしている。しかしながら、このような方法では、焼結工程においてカルシウムフェライトは分解してしまい、焼結鉱は高炉に用いられるものの、脱りん剤としての効果は小さい。
本発明では、焼結鉱としての強度を確保しつつも、脱りん剤として使用できる脱りん能に優れた焼結鉱とするため、強度に関する基質単位面積当たりの基質周囲長Ｘと、脱りん能に関するカルシウムフェライトの質量％とを合わせたパラメータＺを規定し、様々な実験等の結果、パラメータＺを１．８以上とすることによって、高強度であり且つ脱りん能も優れた焼結鉱を得ることができることを見いだした。なお、パラメータＺが１．８以上であっても、カルシウムフェライトの質量割合Ｙが４質量％未満である場合は、優れた脱りん能を発揮することができない。これは、焼結工程であるときに、カルシウムフェライトが分解するためである。そのため、カルシウムフェライトの質量割合Ｙは４質量％以上を満たす必要がある。また、パラメータＺが１．８以上であっても、基質単位面積当たりの基質周囲長Ｘが０．７４ｍｍ／ｍｍ２以上は落下強度に劣るため、この値以下である必要がある。
【００２５】
以上まとめると、本発明の焼結鉱は、鉄鉱石と炭材とを含む焼結原料を焼結して得られる焼結鉱であって、焼結鉱の基質単位面積当たりの基質周囲長をＸとし、焼結鉱に含まれるカルシウムフェライトの質量をＹとしたとき、式（１）で表されるパラメータＺが１．８以上となるようにしている。
Ｚ＝１／Ｘ＋Ｙ／１００                  ・・・（１）
ただし、
Ｘ＝Ｌ／Ｓ≦０．７４（ｍｍ／ｍｍ２）
Ｌ：焼結鉱の断面における基質周囲長（ｍｍ）
Ｓ：焼結鉱の断面積（ｍｍ２）
Ｙ≧４（質量％）
焼結鉱を製造するにあたっては、焼結工程において、式（１）のパラメータＺが１．８以上となるように、空気を吸引する吸引圧力、熱源であるコークスの濃度を調整して当該焼結鉱を製造するとよい。
【００２６】
表１は、本発明の焼結鉱である実施例と、本発明とは異なる焼結鉱である比較例とをまとめたものである。
【００２７】
【表１】
0005801749.tif 000002
【００２８】
まず、焼結鉱を製造するに際しては、鉄鉱石、生石灰、珪石、コークスの焼結原料をドラムミキサーで混合及び造粒し、バッチ式の焼結鍋試験装置で焼成した。鉄鉱石は、鉄鉱石Ａと鉄鉱石Ｂの２種類用いることとし、焼結原料の配合は表２に示すものとした。また、鉄鉱石Ａ及び鉄鉱石Ｂの化学成分も表２に示すものとした。
【００２９】
【表２】
0005801749.tif 000003
【００３０】
混合造粒後の焼結原料中のコークスの濃度は、４．０質量％、４．２質量％、５．０質量％とした。コークスの濃度を４．０質量％にした実施例及び比較例では、吸引圧力を２．８ｋＰａと、３．９ｋＰａとにした。吸引圧力を2水準にしたのは、焼成速度を制御するためである。即ち、吸引圧力が大きい場合は、吸引されるガスの流速が大きく、焼成速度が増大する。焼結工程が終了すると、製品処理工程にて粉砕や篩い分けを行い、篩い分け後の大きさが１０〜２５ｍｍであるものを脱りん剤として用いた。
【００３１】
基質単位面積当たりの基質周囲長Ｘを求めるに際しては、最大幅φが１５〜２０ｍｍとなる焼結鉱を１５個を用意する。そして、それぞれの焼結鉱において、図２（ｂ）に示すようにＰピッチ（例えば、５ｍｍ間隔）で焼結鉱の断面であるＣＴ画像をＸ線ＣＴ装置を用いて撮像する。そして、各ＣＴ画像を２５６色のグレースケールに変換した後、「大津「電子通信学会論文誌」J63-D、１９８０年、ｐ．３４９」の文献に示されている大津のしきい値選定法を用いて二値化処理を行う。処理後画像を用いて各ＣＴ画像の断面における基質周囲長Ｌを求めると共に断面積Ｓを求め、撮影に供した焼結鉱全てについて各撮影断面の基質周囲長Ｌと断面積Ｓを記録し、Ｘ＝ΣＬ／ΣＳにより、焼結鉱の基質単位面積当たりの基質周囲長Ｘを求めた。上述したように焼結鉱の断面において、閉気孔（空隙）も断面積に算入した。
【００３２】
焼結鉱中のカルシウムフェライトは、カルシウムフェライトを基準としたＸ線回折（ＸＲＤ）の内部標準法を用いて求めた。焼結鉱の強度（落下強度）は、ＪＩＳ８７１１に基づいて測定した。
脱りん処理では、溶解量が３０ｋｇの溶銑を誘導溶解炉内で溶融して、りん濃度を約０．１質量％に成分調整後、溶銑温度を１３５０℃に設定した後、焼結鉱０．７５ｋｇを添加して脱りん処理を行った。焼結鉱を添加した後、温度は１３５０℃に保持したまま、１０分経過後に溶銑をサンプリングして、サンプリング中のりん濃度を算出した。
【００３３】
表１に示すように、焼結鉱の基質単位面積当たりの基質周囲長Ｘが０．７４ｍｍ／ｍｍ２以下であり、また、カルシウムフェライトの質量Ｙが４質量％以上であり、さらに、パラメータＺが１．８以上であるとき、落下強度は高く、到達りん濃度（到達Ｐ濃度）は、非常に低いものとなった。
一方、比較例群Ａでは、焼結鉱の基質単位面積当たりの基質周囲長ＸやパラメータＺが本発明で規定した値を満たすものの、カルシウムフェライトの質量Ｙが４質量％未満であるため、到達りん濃度が低下し、脱りん能が劣った。
【００３４】
また、比較例群Ｂでは、カルシウムフェライトの質量ＹやパラメータＺが本発明で規定した値を満たすものの、焼結鉱の基質単位面積当たりの基質周囲長Ｘが０．７４よりも大きいため、焼結鉱の強度が劣るものとなった。
さらに、比較例群Ｃでは、焼結鉱の基質単位面積当たりの基質周囲長Ｘやカルシウムフェライトの質量Ｙが本発明で規定した値を満たすものの、パラメータＺが１．８未満であるため、脱りん能などが低下する結果となった。
【００３５】
図３は、パラメータＺと落下強度とに関して、実施例及び比較例の結果をプロットしたものである。図３に示すように、パラメータＺが１．８以上であるものは、落下強度が７７％以上となっている。
図４は、パラメータＺと、到達脱りん濃度とに関して、実施例及び比較例の結果をプロットしたものである。図４に示すように、パラメータＺが１．８以上であり、他の条件も満たした実施例では、到達脱りん濃度を０．０２質量％以下にすることができている。特に、実施例は、他の比較例（比較例群Ａ、比較例群Ｂ、比較例群Ｃ）に比べ、非常に到達
脱りん濃度を下げることができている。
【００３６】
図５は、焼結鉱の基質単位面積当たりの基質周囲長Ｘと、カルシウムフェライトの質量Ｙとに関して、実施例及び比較例の結果をプロットしたものである。
図５に示すように、Ｘ≦０．７４、Ｙ≧０．０４（４質量％）、Ｚ≧１．８で囲まれるエリアＥ内に示す実施例では、強度（落下強度）が７７％以上となると共に脱りん能が優れたものとなった。それ以外の比較例群Ａ、比較例群Ｂ、比較例群Ｃは、落下強度又は脱りん能のいずれかが低下する結果となっている。
【００３７】
図６は、カルシウムフェライトの質量割合Ｙと、到達脱りん濃度とに関して、実施例及び比較例の結果をプロットしたものである。
図６に示すように、カルシウムフェライトの質量割合Ｙが４質量％以上であり、他の条件も満たした実施例では、到達脱りん濃度を０．０２質量％以下にすることができている。特に、実施例は、他の比較例（比較例群Ａ、比較例群Ｂ、比較例群Ｃ）に比べ、非常に到達脱りん濃度を下げることができている。
【００３８】
図７は、焼結鉱の基質単位面積当たりの基質周囲長をＸと、落下強度とに関して、実施例及び比較例の結果をプロットしたものである。
図７に示すように、焼結鉱の基質単位面積当たりの基質周囲長Ｘが０．７４以下であり、他の条件も満たした実施例では、強度（落下強度）が７７％以上にすることができている。特に、実施例は、他の比較例（比較例群Ａ、比較例群Ｂ、比較例群Ｃ）に比べ、落下強度を高めることができる。
【００３９】
以上、本発明によれば、焼結鉱の基質単位面積当たりの基質周囲長Ｘを０．７４以下（ｍｍ／ｍｍ２）、焼結鉱に含まれるカルシウムフェライトの質量Ｙを４質量％以上、Ｚ＝１／Ｘ＋Ｙ／１００で示されるパラメータＺを１．８以上とすることによって、高強度で脱りん能に優れた焼結鉱とすることができる。
なお、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、運転条件や操業条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する領域を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な事項を採用している。
【符号の説明】
【００４０】
１  焼結機
２  焼結原料
３  ホッパー
４  搬送装置
５  加熱装置
【図１】
0005801749.tif 000004
【図２】
0005801749.tif 000005
【図３】
0005801749.tif 000006
【図４】
0005801749.tif 000007
【図５】
0005801749.tif 000008
【図６】
0005801749.tif 000009
【図７】
0005801749.tif 000010